- 科学出版社
- 9787030857163
- 1版
- B5
- 2026-06
作者简介
内容简介
本书聚焦于解决微小卫星在角速度、指向安全、防碰撞等多重物理约束下实现高精度姿轨控制的核心难题。本书系统构建了从单星到星座的完整理论与方法体系。首先，建立统一的姿轨耦合及星座动力学模型。其次，针对单星，提出角速度受限下的高性能姿态跟踪与禁止指向约束下的安全机动控制方法。再次，面向多星交互，研究中远距离抵近机动与超近距离姿轨耦合安全控制。最后，探讨大规模异构星座的协同部署与维持控制。
目录
目录
第1章 概论 1
1.1 微小卫星控制技术发展现状与挑战/1
1.1.1 单星姿态控制/1
1.1.2 单星六自由度姿轨耦合控制/4
1.1.3 星座组网控制/4
1.2 关键技术研究现状/7
1.2.1 多约束姿态控制技术/7
1.2.2 临近操作姿轨耦合控制技术/17
1.2.3 星座组网控制技术/22
1.3 本书的内容安排/29
第2章 动力学模型 31
2.1 刚性航天器姿态模型/31
2.1.1 坐标系与数学符号定义/31
2.1.2 坐标系定义说明/31
2.1.3 姿态运动学及姿态动力学/32
2.2 航天器相对轨道动力学/34
2.3 航天器六自由度动力学/35
2.3.1 不考虑执行机构的6-DOF动力学/36
2.3.2 考虑执行机构的6-DOF动力学/36
2.4 星座组网模型/38
第2章 符号声明/42
第3章 角速度上限约束下的高精度姿态跟踪控制 46
3.1 章节引言/46
3.2 基于兼容性能控制框架的姿态控制方法/47
3.2.1 预备知识/47
3.2.2 问题描述/48
3.2.3 兼容性能控制框架/50
3.2.4 自适应兼容性能姿态控制器/57
3.2.5 稳定性分析/61
3.2.6 仿真算例与分析/65
3.3 基于奇异规避预设性能控制框架的姿态控制方法/72
3.3.1 预备知识/72
3.3.2 问题描述/74
3.3.3 奇异规避预设性能控制框架/76
3.3.4 奇异规避预设性能反步姿态控制器/80
3.3.5 稳定性分析/82
3.3.6 仿真算例与分析/85
3.4 本章小结/88
第3章 符号声明/89
第4章 禁止指向约束下的高精度机动指向控制 93
4.1 章节引言/93
4.2 基于保性能安全姿态控制框架的姿态指向控制方法/94
4.2.1 问题描述/94
4.2.2 保性能安全姿态控制框架/97
4.2.3 基于浸入与不变自适应的保性能安全姿态控制器/105
4.2.4 稳定性分析/107
4.2.5 仿真算例与分析/114
4.3 本章小结/118
第4章 符号声明/119
第5章 中远距离抵近轨道机动控制 122
5.1 章节引言/122
5.2 问题描述/122
5.3 相对轨道机动轨迹规划/123
5.3.1 概述/123
5.3.2 远距离机动规划方法/123
5.3.3 基于继电型推力的中距离最优线性轨迹规划/125
5.3.4 基于A*搜索算法的近距离随机轨迹规划/132
5.3.5 小结/138
5.4 高精度相对轨道机动控制/139
5.4.1 基于LQR的机动控制方法/140
5.4.2 基于滑模控制的机动控制方法/143
5.4.3 基于自抗扰控制的机动控制方法/148
5.4.4 三种控制方法的特点与应用/159
5.5 本章小结/161
第5章 符号声明/162
第6章 超近距离姿轨耦合安全控制 164
6.1 预备知识与问题说明/165
6.1.1 预备知识/165
6.1.2 问题说明/167
6.2 基于安全速度指令生成的类比例跟踪控制/170
6.2.1 基于浸入与不变性的干扰观测器设计/171
6.2.2 位置控制器设计及分析/172
6.2.3 姿态控制器设计及分析/176
6.2.4 仿真验证/181
6.3 基于安全轨迹生成的性能约束跟踪控制/187
6.3.1 安全姿态与位置轨迹生成/188
6.3.2 基于CLBF的性能约束跟踪控制/195
6.3.3 仿真验证/200
6.4 本章小结/213
第6章 符号声明/213
第7章 大规模异构星座控制 218
7.1 章节引言/218
7.2 问题描述/219
7.2.1 轨道参数演化/220
7.2.2 卫星参数分析/226
7.2.3 燃料优化原则/228
7.3 异构星座部署控制/229
7.3.1 星座部署优化模型/229
7.3.2 最优燃料均衡性下的部署控制方法/236
7.3.3 仿真算例与分析/239
7.4 异构星座维持方法/243
7.4.1 星座维持优化模型/244
7.4.2 最优燃料均衡性下的构型维持方法/249
7.4.3 仿真算例与分析/258
第7章 符号声明/260
第8章 总结与展望 263
参考文献 266
第1章 概论 1
1.1 微小卫星控制技术发展现状与挑战/1
1.1.1 单星姿态控制/1
1.1.2 单星六自由度姿轨耦合控制/4
1.1.3 星座组网控制/4
1.2 关键技术研究现状/7
1.2.1 多约束姿态控制技术/7
1.2.2 临近操作姿轨耦合控制技术/17
1.2.3 星座组网控制技术/22
1.3 本书的内容安排/29
第2章 动力学模型 31
2.1 刚性航天器姿态模型/31
2.1.1 坐标系与数学符号定义/31
2.1.2 坐标系定义说明/31
2.1.3 姿态运动学及姿态动力学/32
2.2 航天器相对轨道动力学/34
2.3 航天器六自由度动力学/35
2.3.1 不考虑执行机构的6-DOF动力学/36
2.3.2 考虑执行机构的6-DOF动力学/36
2.4 星座组网模型/38
第2章 符号声明/42
第3章 角速度上限约束下的高精度姿态跟踪控制 46
3.1 章节引言/46
3.2 基于兼容性能控制框架的姿态控制方法/47
3.2.1 预备知识/47
3.2.2 问题描述/48
3.2.3 兼容性能控制框架/50
3.2.4 自适应兼容性能姿态控制器/57
3.2.5 稳定性分析/61
3.2.6 仿真算例与分析/65
3.3 基于奇异规避预设性能控制框架的姿态控制方法/72
3.3.1 预备知识/72
3.3.2 问题描述/74
3.3.3 奇异规避预设性能控制框架/76
3.3.4 奇异规避预设性能反步姿态控制器/80
3.3.5 稳定性分析/82
3.3.6 仿真算例与分析/85
3.4 本章小结/88
第3章 符号声明/89
第4章 禁止指向约束下的高精度机动指向控制 93
4.1 章节引言/93
4.2 基于保性能安全姿态控制框架的姿态指向控制方法/94
4.2.1 问题描述/94
4.2.2 保性能安全姿态控制框架/97
4.2.3 基于浸入与不变自适应的保性能安全姿态控制器/105
4.2.4 稳定性分析/107
4.2.5 仿真算例与分析/114
4.3 本章小结/118
第4章 符号声明/119
第5章 中远距离抵近轨道机动控制 122
5.1 章节引言/122
5.2 问题描述/122
5.3 相对轨道机动轨迹规划/123
5.3.1 概述/123
5.3.2 远距离机动规划方法/123
5.3.3 基于继电型推力的中距离最优线性轨迹规划/125
5.3.4 基于A*搜索算法的近距离随机轨迹规划/132
5.3.5 小结/138
5.4 高精度相对轨道机动控制/139
5.4.1 基于LQR的机动控制方法/140
5.4.2 基于滑模控制的机动控制方法/143
5.4.3 基于自抗扰控制的机动控制方法/148
5.4.4 三种控制方法的特点与应用/159
5.5 本章小结/161
第5章 符号声明/162
第6章 超近距离姿轨耦合安全控制 164
6.1 预备知识与问题说明/165
6.1.1 预备知识/165
6.1.2 问题说明/167
6.2 基于安全速度指令生成的类比例跟踪控制/170
6.2.1 基于浸入与不变性的干扰观测器设计/171
6.2.2 位置控制器设计及分析/172
6.2.3 姿态控制器设计及分析/176
6.2.4 仿真验证/181
6.3 基于安全轨迹生成的性能约束跟踪控制/187
6.3.1 安全姿态与位置轨迹生成/188
6.3.2 基于CLBF的性能约束跟踪控制/195
6.3.3 仿真验证/200
6.4 本章小结/213
第6章 符号声明/213
第7章 大规模异构星座控制 218
7.1 章节引言/218
7.2 问题描述/219
7.2.1 轨道参数演化/220
7.2.2 卫星参数分析/226
7.2.3 燃料优化原则/228
7.3 异构星座部署控制/229
7.3.1 星座部署优化模型/229
7.3.2 最优燃料均衡性下的部署控制方法/236
7.3.3 仿真算例与分析/239
7.4 异构星座维持方法/243
7.4.1 星座维持优化模型/244
7.4.2 最优燃料均衡性下的构型维持方法/249
7.4.3 仿真算例与分析/258
第7章 符号声明/260
第8章 总结与展望 263
参考文献 266
